我國無縫鈦合金焊接管的發(fā)展歷程和標準規(guī)范

引言

隨著我國工業(yè)技術(shù)發(fā)展及新技術(shù)的引進，管道的腐蝕問題是影響現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展的一個極為嚴重的破壞因素，工礦化工等企業(yè)的管道腐蝕所引起跑、冒、滴、漏除影響著正常生產(chǎn)外，還降低了產(chǎn)品質(zhì)量、污染環(huán)境、浪費能源及提高了安全隱患出現(xiàn)的幾率，上述問題的長期存在嚴重阻礙了我國工業(yè)化發(fā)展進度。所以一種具備耐腐蝕、高強度、耐磨損、低成本、低污染及便于維護等特點的管道的出現(xiàn)勢在必行。

鈦及鈦合金直縫焊管（以下簡稱“鈦焊管”）由于具有強度高、重量輕，良好的熱傳遞性和耐腐蝕性能，作為鋼及不銹鋼管道的替代產(chǎn)品應(yīng)運而生，而大口徑鈦焊管在工業(yè)輸送管道中的使用也得到市場的認可。雖然鈦焊管與常用流體輸送管道相比投資成本較高，但是其成本要低于鈦無縫管約15%～25%，且從鈦焊管的使用壽命和維護周期來分析，鈦焊管的投資成本可以在使用中得到補償，管道系統(tǒng)中使用鈦焊管可通過減少定期維護次數(shù)，減少停產(chǎn)時間、提高產(chǎn)品質(zhì)量，提高管道壽命來降低生產(chǎn)成本。

時至今日，鈦材已被廣泛使用在化工、石油、石化、真空制鹽、制藥、海水淡化、電力等工業(yè)中。尤其是鈦能較好地抵抗氯離子的侵蝕，所以，鈦材使用在與氯相關(guān)的介質(zhì)中較多，如離子膜法燒堿生產(chǎn)中已大量使用鈦材制造設(shè)備、管道和管配件等。還有甲酸、醋酸、環(huán)氧丙烷等化工項目中均采用鈦管道輸送介質(zhì)，以解決管道腐蝕問題，延長管道使用壽命[1]。而在鈦管道中，鈦焊管和鈦無縫管的化學成分、力學性能和工藝性能基本一致[2]，然而鈦焊管在實際應(yīng)用中卻有著鈦無縫管所沒有的優(yōu)勢：鈦焊管可實現(xiàn)大口徑及超大口徑流量的輸送，另外鈦焊管的經(jīng)濟性和適用性更易得到推廣和使用。

鈦焊管作為一種相對獨特的鈦管產(chǎn)品形式，是把鈦板或鈦卷帶進行軋制成管形后采用鎢極惰性氣體保護焊將縫隙焊合而成的一種產(chǎn)品。由于其優(yōu)異的耐腐蝕性能和較大的比強度，自開發(fā)出來后就引起了工業(yè)領(lǐng)域的廣泛關(guān)注和使用?，F(xiàn)在小口徑鈦焊管（公稱尺寸DN100及以下）已用在各類冷凝器和熱交換器中逐漸替代鈦無縫管作為換熱管的首選材料，而大口徑鈦焊管（公稱尺寸DN100以上）也被廣泛用作化工、石油、石化、制鹽、制藥和海洋工程等行業(yè)的工業(yè)管道。

一、我國鈦焊管的發(fā)展歷程

我國建國初期開始鈦金屬只用于軍品工業(yè)，屬于國家戰(zhàn)略管控物資，直至70年代才在民用工業(yè)的化工領(lǐng)域中使用鈦材，迄今已有四十多年的歷史，鈦作為一種優(yōu)良的耐腐蝕結(jié)構(gòu)材料，已經(jīng)確立了它無可替代的地位，而作為化工輸送腐蝕介質(zhì)管道中的理想材料，鈦焊管也愈來愈引起設(shè)備和管道設(shè)計人員的重視和使用。

1、鈦焊管的工作情況

眾所周知，鈦焊管因其優(yōu)異特性多用在具有腐蝕性的環(huán)境中，當帶腐蝕性介質(zhì)的液體流經(jīng)鈦焊管時，腐蝕介質(zhì)會對焊管內(nèi)壁進行微弱的沖刷腐蝕。隨著介質(zhì)及其濃度的不同，鈦焊管受腐蝕程度也不同。一般情況下，相同介質(zhì)下高濃度介質(zhì)的腐蝕速率大于低濃度，沸騰時介質(zhì)的腐蝕速率大于室溫時，含鹵素介質(zhì)的腐蝕速率大于其它鹽溶液，相同壁厚、相同介質(zhì)下內(nèi)壁承載壓力高的鈦材腐蝕速率大于內(nèi)壁承載壓力低的鈦材。

因此，鈦焊管的壽命長短主要取決于與之接觸的腐蝕性介質(zhì)、使用環(huán)境及承載壓力。

2、鈦焊管的發(fā)展過程

由于受到原材料和加工技術(shù)等多方面的制約，鈦焊管的生產(chǎn)技術(shù)多年來一直掌握在日本、美國、法國、俄羅斯等少數(shù)一些國家的專業(yè)廠家手中[3]。所以中國的鈦焊管相對于其它的鈦加工產(chǎn)品起步較晚，且前期發(fā)展比較緩慢，直接影響了鈦焊管產(chǎn)品的標準化形成，所以目前為止，鈦焊管的國家標準尚不完善。

我國從80年代起開始研制鈦焊接管1985年原寶雞有色金屬加工廠（現(xiàn)在的寶鈦集團有限公司）從美國引進中國第一條完整的小口徑鈦焊管自動生產(chǎn)線，結(jié)束了我國不能生產(chǎn)鈦焊管的歷史。但由于當時國內(nèi)不能夠生產(chǎn)鈦焊管的原料產(chǎn)品——鈦帶卷，因技術(shù)引進消化和原料采購困難的多重影響，一直到上世紀九十年代末，該生產(chǎn)線才真正具備生產(chǎn)能力，年產(chǎn)能僅有200噸左右[4]。90年代中期，我國常州與法國Valtimet（法鈦美）公司合資組建了法力諾長城焊管有限公司，引進了3條小口徑焊管生產(chǎn)線，生產(chǎn)鈦焊管。但還是受國內(nèi)鈦卷帶生產(chǎn)技術(shù)不過關(guān)因素的影響，前期原料大多為日本、美國進口。受質(zhì)量和產(chǎn)量的限制，當時國內(nèi)的鈦焊管市場仍未真正形成。

直至2005年，寶鈦集團控股的寶雞鈦業(yè)股份有限公司發(fā)起和常州法力諾長城焊管有限公司、法國Valtimet（法鈦美）公司、美國Timet公司共同出資組建西安寶鈦美特法力諾焊管有限公司，由法國提供技術(shù)支持，建成兩條具有國際先進水平，年產(chǎn)能初步設(shè)計為600噸的全自動小口徑鈦焊管生產(chǎn)線，并由美國提供原料供應(yīng)[5]。

自2007年正式投產(chǎn)后，作為中國最大的鈦焊管專業(yè)生產(chǎn)廠家，借助股東的資源優(yōu)勢和技術(shù)支持，公司成長迅速，產(chǎn)品受到了市場的認可和用戶的好評，使得中國的鈦焊管生產(chǎn)技術(shù)水品有了很大的上升。

2011年，隨著國內(nèi)鈦帶生產(chǎn)技術(shù)的突破，西安寶鈦美特法力諾焊管有限公司采用寶鈦集團生產(chǎn)的冷軋板帶，成功實現(xiàn)批量生產(chǎn)，其開發(fā)的厚壁鈦焊管焊接技術(shù)填補了國內(nèi)焊管生產(chǎn)技術(shù)空白。同時，寶鈦集團鈦帶卷的使用也填補了我國國產(chǎn)鈦帶生產(chǎn)鈦焊管的空白。

本世紀初期，隨著工業(yè)輸送管道因腐蝕所引起跑、冒、滴、漏等問題的出現(xiàn)，工業(yè)管道系統(tǒng)中對耐腐蝕的大口徑鈦焊管的需求日益增大。一些鈦設(shè)備制造廠家采用滾軋法生產(chǎn)制造短型大口徑鈦焊管（單支長度不超過3米），但因生產(chǎn)技術(shù)的不成熟，存在著生產(chǎn)量小、生產(chǎn)率低下、產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定及不利于安裝等問題。

2009年12月由寶鈦集團參股的南京寶色股份有限公司成功制造出符合工業(yè)壓力管道要求的大口徑鈦焊管，并成功取得國家質(zhì)檢總局頒發(fā)的特種設(shè)備（有色金屬管道）制造許可證，代表著鈦焊管在工業(yè)壓力管道領(lǐng)域中的正式使用。

2013年10月寶雞市守善管件有限公司采用模壓法成功制造出單支6米長大口徑鈦焊管，產(chǎn)品符合ASTMB862標準要求，其生產(chǎn)技術(shù)已經(jīng)申報國家發(fā)明專利，并在2014年1月取得國家質(zhì)檢總局頒發(fā)的特種設(shè)備（有色金屬管道和有色金屬管件）制造許可證。該技術(shù)是一種6米直縫管的生產(chǎn)技術(shù)，改變了傳統(tǒng)工藝中的環(huán)焊縫拼接焊接的方法，使用等離子弧自動焊直縫焊接技術(shù)（PAW），達到節(jié)省人力物力，且生產(chǎn)的鈦焊管具有直線度小，焊縫表面美觀，焊縫承壓能力增強等優(yōu)點。

3、小口徑鈦直縫焊管生產(chǎn)工藝的簡介

小口徑鈦焊管的加工是以鈦帶卷作為原材料，經(jīng)解卷后在專用輥式連續(xù)成型機上擠壓成型，在整體生產(chǎn)線上完成最終成品，見圖1。該方法為連續(xù)式生產(chǎn)，具有生產(chǎn)量大，生產(chǎn)率高，成型質(zhì)量好及節(jié)省人力等優(yōu)點。其中輥式連續(xù)成型機成型方法方法較多，鈦焊管多采用W彎曲成型法方法[6]。

圖1 小口徑鈦直縫焊管的生產(chǎn)主要工藝流程

4、大口徑鈦直縫焊管生產(chǎn)工藝的簡介

國內(nèi)大口徑鈦焊管的生產(chǎn)受技術(shù)水平和市場需求量小的限制，生產(chǎn)方法多采用斷續(xù)式生產(chǎn)工藝。生產(chǎn)原料采用鈦卷帶或鈦寬幅板，經(jīng)專用設(shè)備壓制成型，見圖2。

圖2 大口徑鈦焊管的生產(chǎn)主要工藝流程

大口徑鈦焊管成型設(shè)備的成型方法也有好幾種，對于鈦焊管，常用的為單半徑彎曲變形法和多半徑彎曲變形法。多半徑彎曲變形法較單半徑彎曲變形法成型直徑不受限制，單半徑彎曲成型法只適用于標準管子的外徑尺寸，不適用于非標管的生產(chǎn)?，F(xiàn)在我國對大口徑鈦焊管的需求量還比較低，這與其生產(chǎn)成本、生產(chǎn)技術(shù)和產(chǎn)品未標準化有關(guān)。

5、鈦焊管的應(yīng)用

鈦焊管因其極高的比強度最早應(yīng)用于航天航空領(lǐng)域，減少飛行器重量的同時，還可以延長使用壽命，減少維護時間。

本世紀初期鈦材料及產(chǎn)品的民用市場形成，鈦焊管以其優(yōu)良的耐腐蝕性和熱傳導性被廣泛地應(yīng)用于石油化工、制鹽、制藥等行業(yè)。

隨著現(xiàn)代工業(yè)的快速發(fā)展，使得自然環(huán)境和水資源受到極大的污染，讓原本在純凈的水和清潔的海水中表現(xiàn)優(yōu)異的銅及銅合金管、不銹鋼管極易發(fā)生嚴重的腐蝕泄漏，因此鈦焊管作為其他金屬材料的替代品也被應(yīng)用于海水淡化設(shè)備中。

鈦焊管雖然價格稍高，但使整個鈦管道壽命大大提高，減少了停產(chǎn)維修費用，對環(huán)境污染小，符合當前國家建設(shè)節(jié)約型環(huán)保型社會的總體要求。

二、我國鈦焊管標準和規(guī)范簡述

我國鈦焊管生產(chǎn)技術(shù)發(fā)展緩慢，起步較晚，所以鈦焊管的標準和規(guī)范至今為止仍在發(fā)展和完善中。

我國在1984年由原寶雞有色金屬加工廠編訂，經(jīng)國家技術(shù)監(jiān)督局批準發(fā)布了國家標準GB4367-84《焊接及焊接-軋制鈦管》和GB4368-84《熱交換器及冷凝器用焊接-軋制鈦管》。.此標準執(zhí)行了近11年的時間，在當時指導及規(guī)范了小口徑鈦焊管的生產(chǎn)制造，這兩個標準的出臺代表我國小口徑鈦焊管標準化的起步，是我國鈦焊管生產(chǎn)、經(jīng)銷、設(shè)計、施工的主要參考文件。

隨著鈦焊管生產(chǎn)制造技術(shù)的發(fā)展和成熟，為了使標準能更好更有效地指導我國鈦焊管的生產(chǎn)制造，我國在1995年10月修訂發(fā)布了國家標準GB/T3624-1995《鈦及鈦合金管》（替代GB 4367-84）和GB/T《換熱器及冷凝器用鈦及鈦合金管》（替代GB4368-84）。這兩個標準把鈦無縫管和鈦焊管有效地合并在一個標準中，代表著我國小口徑鈦無縫管和鈦焊管的生產(chǎn)制造已經(jīng)進入正常發(fā)展水平。

2006年12月30日由中國質(zhì)檢總局和國家標準化管理委員會共同發(fā)布了國家標準GB/T20801-2006《壓力管道規(guī)范 工業(yè)管道》，其中對承壓用途的鈦焊管的材料、設(shè)計和計算、制作與安裝、檢驗與試驗及安全防護等方面進行了明確的規(guī)定，正式將用于承壓用途的鈦焊管納入了特種設(shè)備管理體系。

為了更有效地規(guī)范工業(yè)流體用小口徑鈦焊管的生產(chǎn)制造、標準化生產(chǎn)、設(shè)計選用、采購經(jīng)銷及安裝施工，中國國家和發(fā)展改革委員會于2006年3月發(fā)布了行業(yè)標準YS/T 576-2006《工業(yè)流體用鈦及鈦合金管》。該標準對工業(yè)流體用小口徑鈦焊管的理化性能和檢驗項目進行了明確規(guī)定，進一步指導和規(guī)范了流體輸送用途的小口徑鈦焊管的標準化生產(chǎn)。

基于實際需要，2011年1月中國國家質(zhì)檢總局和中國國家標準化管理委員會聯(lián)合發(fā)布GB/T26057-2010《鈦及鈦合金焊接管》，該標準對我國小口徑（外徑?15-?38）鈦焊管與國際同類產(chǎn)品的接軌起著很大的推動作用，為我國小口徑鈦焊管更好地進入國際市場提供了生產(chǎn)依據(jù)和規(guī)范。

然而我國大口徑鈦焊管的產(chǎn)品標準和規(guī)范受設(shè)計研發(fā)、生產(chǎn)技術(shù)、設(shè)備能力、生產(chǎn)規(guī)模和用量需求等因素的限制，相配套的指導標準和規(guī)范一直沒有制訂和發(fā)布，而國內(nèi)的鈦焊管生產(chǎn)廠家或參考國外標準自訂企標，或參考鋼或不銹鋼焊管國家標準，或參考執(zhí)行國外標準，致使大口徑鈦焊管產(chǎn)品在檢驗和試驗項目中沒有評價依據(jù)。目前生產(chǎn)廠家多參考不銹鋼焊管標準GB/T2771-2008《流體輸送用不銹鋼焊接鋼管》或美標ASTM B862《鈦及鈦合金技術(shù)規(guī)范》進行鈦及鈦合金焊管的生產(chǎn)制作及檢驗與試驗，而隨著大口徑鈦焊管在市場上需求量的增大及在應(yīng)用領(lǐng)域中的擴展，相關(guān)國家標準的制訂和發(fā)布勢在必行，否則大口徑鈦焊管產(chǎn)業(yè)在國內(nèi)的發(fā)展勢必受到影響。

三、鈦焊管的展望

目前我國鈦材在民用工業(yè)中的應(yīng)用占全部鈦材用量的80%以上。十二五規(guī)劃中，國家加大了能源、化工、海洋工程等項目的投入與改建，計劃我國石油、化工、合成纖維、制鹽、制堿、海洋工程等行業(yè)的裝備正處于發(fā)展、更新、改造的新時期，以往石油、化工裝備多采用普通鋼材或不銹鋼材，設(shè)備結(jié)構(gòu)陳舊，影響著產(chǎn)品的質(zhì)量。新型現(xiàn)代化裝置所使用的防腐材料大多要求具有很強的耐腐蝕性，如離子膜燒堿裝置中的納離子和氯離子，用離子膜法或隔膜法將其分離后都具有很強的酸性和堿性，溫度在80℃左右，用普通鋼材和不銹鋼材料制造管道，很難抵御介質(zhì)的腐蝕作用。因此，國內(nèi)外大量地應(yīng)用鈦材來代替鋼或不銹鋼材料制作電解槽、隔板、容器、管道、管件和泵閥，獲得了良好的使用價值和經(jīng)濟效益，年產(chǎn)100萬噸燒堿裝置中大約用到300～500噸鈦材，其中用到鈦管道管件60～100噸[7]。而鈦焊管也將逐漸擴大應(yīng)用范圍，如海上平臺、海水淡化裝置及發(fā)電廠中的鹽水冷卻裝置等腐蝕介質(zhì)管道輸送中。

因為鈦材的成本較高，所以對鈦焊管的廣泛應(yīng)用有著一定的限制，為了降低鈦管道的費用，國內(nèi)有些生產(chǎn)廠家參考SY6623-2005《雙金屬復(fù)合管》已成功研發(fā)出鈦/鋼復(fù)合管（基管材質(zhì)為鋼材，襯里或內(nèi)覆材質(zhì)為鈦材），在工藝成熟的情況下，鈦/鋼復(fù)合管的造價比鈦管道減少30～50%，未來復(fù)合管將是防腐蝕管道的發(fā)展方向。

參考文獻：

[1]戴紅衛(wèi)，段文森.中國鈦管道標準配件的發(fā)展[A].第18屆全國氯堿技術(shù)年會暨中日電解技術(shù)交流會會議專輯[C].天津.中國氯堿工業(yè)協(xié)會.2000.126.

[2]曾慶楠.鈦焊管在制鹽設(shè)備應(yīng)用前景的分析[J].中國井礦鹽，2013.44（3）：35-37.

[3]吳丕杰.鈦焊管生產(chǎn)技術(shù)[J].鈦工業(yè)進展，1995.39（1）：17-18.

[4]韓明辰，陳清勤.焊接鈦管的生產(chǎn)及其在電站冷凝器上的應(yīng)用前景[J].焊管，1992.22（2）：2-3.

[5]李長江.中國鈦焊管行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀分析[J].鈦工業(yè)進展，2013，30（1）：5-7.

[6]鄒武裝.鈦手冊[M].北京：化學工業(yè)出版社，2012.280-282.

[7]段文森.鈦及鈦合金管彎頭成形工藝論述[J].金屬學報，2002.38（增刊）：422-424.

作者簡介：李曉瑜（1984-），男，陜西寶雞人，工學學士，助理工程師，主要從事鈦制壓力容器和壓力管道的工藝設(shè)計工作。

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